20 世紀90 年代以來, 世界各國投入了大量的人力和物力進行污染土壤和地下水修復的研究, 并通過這些年的積極探索和深入研究, 人們已在該領域取得了較大的進展和突破, 開發了一系列的污染土壤修復技術。
按處置地點分類，土壤修復技術可分為原位修復技術和異位修復技術。原位修復技術是在現場條件下直接修復污染的土壤，可分為原位處理技術和原位控制技術；異位修復是將受污染的土壤挖出，用化學（物理）方法清洗、焚燒處理及生物反應器等多種方法治理后重新填回，可分為挖掘和異位處理處置技術。比較原位修復和異位修復，前者優點是由于不需挖掘和輸送土壤，因此可節約處理成本，且不會形成二次污染，但其通常需要較長的實施周期，且由于土壤及含水層存在差異性，不能保證處理的一致性；后者優點在于所需的修復周期相對較短，且可通過勻化、篩分、連續攪拌等手段更好地控制處理的一致性，但其需要挖掘土壤，因此需增加工程設施、所需費用較高，而且不易監督，容易造成二次污染。
根據作用原理的不同, 污染土壤修復技術主要可分為植物修復、微生物修復和物理/化學修復等技術。
常用土壤污染修復技術
技術路線 | 原位/異位 | 技術概要 | 評價 | |
植物修復 | 原位 | 利用植物自身對污染物的吸收、固定、轉化和積累功能, 以及通過為根際微生物提供有利于修復進行的環境條件而促進污染物的微生物降解和無害化過程, 從而實現對污染土壤的修復。包括植物提取修復、植物揮發修復、植物降解修復、根際圈生物降解修復、植物固定/穩定化修復。 | 成本較低，約30元/平米，環境影響小，可應用于物理/化學技術難以應用的土地；但耗時較長，往往不能滿足有時間限制的工程要求，且對污染物修復有一定選擇性，適用范圍受限 | |
微生物修復 | 原位 | 利用微生物的代謝過程將土壤中的污染物轉化為二氧化碳、水、脂肪酸和生物體等無毒物質。所使用的微生物種類包括土著微生物、外來微生物、基因工程菌等。 | 處理費用較低、可達到較高的清潔水平；但和植物修復一樣所需修復時間較長，受污染物類型限制 | |
物理/化學修復 | 原位 | 土壤沖洗技術 | 在水壓的作用下, 將水或含有助溶劑的水溶液直接引入被污染土層, 或注入地下水使地下水位上升至受污染土層, 使污染物從土壤中分離出來, 最終形成遷移態化合物。該技術所需的運行和維護周期一般要4-9個月, 主要用于處理地下水位線以上和飽和區的吸附態污染物 | 該技術一般要求處理土壤具有較高的滲透性,土壤沖洗修復所需費用主要由沖洗液中含有的表面活性劑種類及濃度決定，其處理費用約為130-390 美元/m3。 |
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| 原位化學氧化修復技術 | 將化學氧化劑注入土壤滲透層或/和地下水中, 以氧化其中的污染物質。其目標污染物包括；石油類、有機溶劑、多環芳烴( 如萘)、農藥及非水溶性氯化物( 如三氯乙烯) 等, 通常這些污染物在土壤中長期存在, 很難被生物降解。 | 可用于修復嚴重污染的場地或污染源區域, 但對于污染物濃度較低的輕度污染區域, 該技術并不經濟。該技術所需的工程周期一般在幾天至幾個月不等, 具體因待處理污染區域的面積、氧化劑的輸送速率、修復目標值及地下含水層的特性等因素而定。 |
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| 原位化學還原修復技術 | 利用化學還原劑將污染物還原為難溶態, 從而使污染物在土壤環境中的遷移性和生物可利用性降低，所需費用主要由藥劑費、采樣分析費、現場管理費及施工費等組成 | 該技術對于處理污染范圍較大的地下水污染羽(Contaminant plume) 非常有效, 所需工程周期一般在幾天至幾個月不等 |
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| 可滲透反應墻 | 可用于截留或原位處理遷移態的污染物, 是指挖出土壤后, 代以反應材料而形成的物理墻, 墻體一般由天然材料和一種或多種活性材料混合而成。當污染物質隨地下水向下游遷移并流經處理墻時, 墻體中的活性物質將與其發生作用, 導致污染物的降解或被截留固定。 | 該技術不能保證所有擴散出來的污染物完全按處理的要求予以攔截和捕獲, 且外界環境條件的變化可能導致污染物重新活化。該技術目前還僅用于淺層污染土壤(3-12m) 的修復。 |
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| 原位蒸汽抽提技術 | 通過抽氣井產生真空, 使形成一個壓力或濃度梯度, 并使氣相中的揮發性有機物由抽氣井抽出, 從而使土壤中的揮發性或半揮發性污染物質得到去除，主要用于揮發性有機污染物的處理 | 根據要求的修復程度、修復土壤的體積、污染物濃度及分布、現場條件( 如土壤滲透性、各向異質性等) 、工藝設施的工作能力等情況的不同, 該技術所需的實施時間為6- 12 個月,所需費用約為26-78 美元/m3。 |
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| 強化破裂技術 | 通過在低滲透或過分結實的土壤中產生裂縫以增加可供流體流通的通道數, 從而有利于有害污染物通過抽氣井抽出后進行后續處理,可有效減少抽提井的數量, 并可節省修復時間和處理費用 | 是一種用于改善或提高其他原位修復技術處理效果的強化修復手段，應用時需注意的是增加孔隙的同時可能會導致有害污染物的進一步擴散, 且不能應用于地震活動頻繁的場合。 |
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| 空氣噴射 | 指通過向受污染含水層注入高壓空氣, 使形成縱、橫向氣流通道, 污染物則揮發隨氣流進入氣體抽提系統。為提高地下水和土壤間的接觸及抽出更多地下水, 在操作時需維持較高的氣流流速 | 主要用于處理中、高亨利常數( 如高蒸汽壓和低溶解性) 的鹵代和非鹵代揮發性有機化合物(VOCs) 及非鹵代半揮發性有機物( SVOCs) , 所需的實施時間通常為6 個月至2 年, 所需費用一般為150 000-350 000 美元/ hm2。 |
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| 原位玻璃化技術 | 向污染土壤插入電極, 對污染土壤固體組分施加1 600-2 000e的高溫處理, 使有機污染物和部分無機污染物如硝酸鹽、硫酸鹽和碳酸鹽等得以揮發或熱解而從土壤中去除的過程，無機污染物(被包覆在冷卻后形成化學性質穩定的、不滲水的堅硬玻璃體( 類似黑曜巖或玄武巖) 中; 熱解產生的水分和熱解產物由氣體收集系統收集后作進一步的處理。 | 該技術通常可在6-24 個月完成, 適用于修復含水量較低、污染物埋深不超過6m的土壤, 處理對象包括放射性物質、有機物、無機物等多種干濕污染物,但不適于處理可燃有機物含量超過5%-10% 的土壤。該技術所需的處理費用較高,所需處理費用一般為350 美元/ m3 左右, 且土壤高含水量會增加處理成本。 |
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| 原位加熱修復技術 | 即熱力強化蒸汽抽提技術, 是指利用熱傳導( 如熱井和熱墻) 或輻射( 如無線電波加熱) 的方式加熱土壤, 以促進半揮發性有機物的揮發, 從而實現對污染土壤的修復, 包括高溫( >100 e ) 原位加熱修復技術和低溫( < 100 e ) 原位加熱修復技術 | 通常熱力強化蒸汽抽提系統所需的總處理費用為30-130 美元/ m3 , 并可在3-6 個月完成修復。 |
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| 原位固化/ 穩定化土壤修復技術 | 運用物理或化學的方法將土壤中的有害污染物固定起來, 阻止其在環境中遷移、擴散等過程的修復技術。常用于處理重金屬和放射性物質污染的土壤 | 該技術所需的實施時間一般為3-6 個月, 具體應視修復目標值、待處理土壤體積、污染物濃度分布情況及地下土壤特性等因素而定。根據美國超基金項目的運行情況, 該技術所需的處理費用一般為345 美元/ m3左右 |
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| 電動學修復技術 | 基本原理與電池類似, 是利用插入土壤中的兩個電極在污染土壤兩端加上低壓直流電場, 在低強度直流電的作用下, 土壤中的帶電顆粒在電場內作定向移動, 土壤污染物在電極附近富集或被收集回收 | 特別適合于低滲透的粘土和淤泥土壤( 由于水力傳導性問題, 傳統的技術應用受到限制) 或異質土壤的修復。目標污染物包括大部分無機污染物、放射性物質及吸附性較強的有機物。 |
| 異位 | 化學淋洗 | 將污染土壤挖掘出來, 用水或淋洗劑溶液清洗土壤、去除污染物, 再對含有污染物的清洗廢水或廢液進行處理, 潔凈土可以回填或運到其他地點回用。 | 一般每套可移動處理單元的日處理能力為15-152 m3 。采用該技術時,所需的固定投資一般為10000-20000美元,所需的運行費用為117-523美元/ m3 |
| 溶劑浸提技術 | 利用溶劑將有害化學物質從污染土壤中提取出來, 并將該溶劑再生處理后回用的技術。要求浸提溶劑能很好地溶解污染物, 但其本身在土壤環境中的溶解較少 | 該技術所需的固定投資費用約為10 000-20 000 美元,運行費用約為90- 400 美元/ m3 | |
| 異位蒸汽抽提技術 | 將土壤挖掘出來后堆積在地面空氣管網上, 并施以真空抽吸, 使揮發性和半揮發性有機物揮發而隨氣流排出至后續尾氣處理系統, 從而使土壤凈化。處理對象主要是土壤中的揮發性有機污染物。 | 該技術所需的實施時間主要取決于土壤的特性及土壤污染物的化學性質, 通常處理2 000t的污染土壤需要12- 36個月。該技術所需的處理費用一般在100 美元/t以下 | |
| 異位固化/ 穩定化技術 | 將污染土壤與黏結劑混合形成凝固 體而達到物理封鎖或發生化學反應形成固體沉淀物, 從而達到降低污染物活性的目的。所針對的土壤污染物質主要為無機物, 一般不適于處理有機物和農藥污染, 不能保證污染物的長期穩定性, 且處理過程會顯著增加產物體積。 | 該技術屬于非常成熟的土壤修復技術之一，其處理費用一般少于100美元/ t( 包括挖土費) | |
| 化學脫鹵技術 | 向受鹵代有機物污染的土壤中加入試劑, 以置換取代污染物中的鹵素或使其分解或部分揮發而得以去除 | 局限性在于:一些脫鹵劑能與水起化學反應, 高粘土含量及含水率會增加處理成本, 且當鹵代有機物濃度超過5%時需要大量的反應試劑。正常情況下, 該技術所需的修復周期較短, 一般為6-12 個月; 所需的運行費用在全規模運行時約為200-500 美元/t | |
| 物理分離 | 指借助物理手段將重金屬顆粒從土壤膠體上分離開來的異位修復技術, 工藝簡單、費用低廉。其目標污染物主要為土壤中重金屬。通常該技術可作為初步分選, 以減少待處理土壤的體積, 優化后續處理過程, 但其本身一般不能充分達到土壤修復的要求 | 該技術是一項較為成熟的修復技術, 一般所需的固定投資為10000-20000美元, 運行費用為6.5-118美元/m3。 | |
| 異位化學氧化/ 還原技術 | 通過化學氧化/ 還原的手段將有害污染物轉化成更穩定、遷移性較低或惰性的無害或低毒性物質 | 該技術所針對的目標污染物主要為無機物, 所需的費用一般為190-660美元/ m3 | |
| 熱解吸 | 在真空條件下或通入載氣時加熱并 攪拌土壤, 使污染物及水分隨氣流進入氣體處理系統。通過控制反應床的溫度及停留時間, 使目標污染物揮發, 但并不發生氧化、分解等化學反應。 | 該技術所需的運行費用, 對 于石油類污染土壤一般為32-72 美元/ m3 , 對于其他污染物一般為124-255 美元/ m3 | |
| 異位玻璃化技術 | 指利用等離子體、電流或其他熱源在1 600-2000 e 的高溫下熔化土壤及其污染物, 有機污染物在此高溫下被熱解或蒸發而去除,產生的水汽和熱解產物收集后由尾氣處理系統進行進一步處理后排放 | 所需的處理費用較高, 約為650-1350 美元/ m3。該技術通常采用移動裝置在現場進行玻璃化操作, 1 臺處理單元的日處理能力一般為3.8-23.0 m3 | |
